光电检测技术(第二版)_答案_(与教材匹配)_曾光宇_张志林_张存林_主编
张永林第二版《光电子技术》课后习题答案解析
1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？波长：380~780nm 400~760nm频率：385T~790THz 400T~750THz能量：1.6~3.2eV1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。
辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。
因为光度参数只适用于0.38~0.78um的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。
而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+dλ范围内发射的辐射通量dΦe，除以该波长λ的光子能量hν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx，求出该灯的光通量。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。
该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。
求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。
若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.362 1.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v v v v v K V lmd I d S Rh R RI cd dI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v v v v v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6从黑体辐射曲线图可以看书，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长 随温度T 的升高而减小。
光电检测技术课后部分答案
第一章1.举例说明你知道的检测系统的工作原理激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
山于仿制困难，故用于辨伪很准确。
2.简述光电检测系统的组成和特点组成：（1）光学变换：时域变换-------调制振幅，频率，相位，脉宽空域变换-------光学扫描光学参量调制：光强，波长，相位，偏振形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。
（2）光电变换，变换电路，前置放大将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大和处理）（3）电路处理放大，滤波，调制，解调，A/D，D/A，微机与接口，控制。
第二章1.试归纳总结原子自发辐射，受激吸收，受激辐射三个过程的基本特征。
自发辐射：处于激发态的原子在激发态能级只能一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出光子。
受激辐射：在外来光的作用下，原子从激发态能级跃迁到低能级，并发射一个与外来光完全相同的光子。
受激吸收：处于低能级的原子，在外来光的作用下，吸收光子的能量向高能级跃迁。
2.场致发光（电致发光）有哪几种形式，各有什么特点结型电致发光（注入式发光）：在p-n结结构上面加上正向偏压(即p区接电源正极，n区接电源负极)时，引起电子由n区流入(在物理上称为“注入”)p区，空穴由p区流入n区，发生了电子和空穴复合而产生发光。
粉末电致发光：这是在电场作用下，晶体内部电子与空穴受激复合产生的发光现象。
两电极夹有发光材料薄膜电致发光：薄膜电致发光和粉末电致发光相似，也是在两电极间夹有发光材料，但材料是一层根薄的膜，它和电极直接接触，不混和介质。
3.为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光加正向偏压时，外加电压削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强，构成少数载流子的注入，产生电子和空穴的复合，从而释放能量，并产生电致发光现象。
4.发光二极管的外量子效率与射出的光子数，电子空穴对数，半导体材料的折射率有关。
《 光电检测技术 》教学大纲
《光电检测技术》教学大纲课程代码：课程中文名：光电检测技术课程英文名：课程类别：专业技术科适用专业：光伏材料应用、光伏发电应用、电子技术等专业课程学时： 48学时课程学分： 3学分一、课程的专业性质、地位和作用（目的）1、性质：必修2、地位：光电检测技术是光学与电子学技术相结合而产生的一门新型检测技术，它是利用电子技术对光学信息进行检测，并进一步传递、存储、控制、计算和显示。
光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一。
3、作用：通过本课程的教学，使学生了解和掌握各种光电器件的结构、工作原理、工作过程、工作特性及其基本的应用，培养学生通过了解器件的性能特点来搭建检测系统的能力，培养学生学习的能力和综合运用知识的能力，培养学生理论联系实际的学风和科学态度，提高学生的分析处理实际问题的能力，为以后的工作和学习打下基础。
二、教学内容、学时分配和教学的基本要求第一章光电检测应用中的基础知识6学时，其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0 学时1.1 辐射度学和光度学基本概念1.2 半导体基础知识1.3 基本概念1.4 光电探测器的噪声和特性参数重点:辐射度学和光度学基本概念难点:光电探测器的噪声和特性参数教学要求:本章介绍了光电检测应用中的基础知识，要求学生对基本概念有理解，进而掌握光电探测器的噪声及特性参数第二章光电检测中的常用光源3学时，其中理论教学3学时，实践或其他教学0学时2.1 光源的特性参数2.2 热辐射源2.3 气体放电光源2.4 固体发光光源2.5 激光器重点：光源的特性参数难点：气体、固体发光光源和激光器的工作原理教学要求:本章要求学生掌握各种固体发光的工作原理及其应用第三章结型光电器件 6 学时，理论教学6 学时，实践或其他教学0学时3.1 结型光电器件工作原理3.2 硅光电池3.3 硅光电二极管和硅光电三极管3.4 结型光电器件的放大电路3.5 特殊结型光电二极管3.6 结型光电器件的应用举例——光电耦合器件重点：结型光电器件的工作原理；硅光电池的工作原理及特性；硅光电二极管和硅光电三极管的性能比较难点：结型光电器件的放大电路及应用举例——光电耦合器件教学要求：要求学生掌握硅光电池的工作原理；硅光电二极管和硅光电三极管的性能比较及结型光电器件的放大电路及应用——光电耦合器件第四章光电导器件6学时，其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时4.1光敏电阻的工作原理4.2 光敏电阻的主要性能参数4.3 光敏电阻的偏置电路和噪声4.4 光敏电阻的特点和应用重点：光敏电阻的工作原理和特性参数难点：光敏电阻的应用教学要求：要求学生掌握光敏电阻的工作原理及性能参数及光敏电阻的应用第五章真空光电器件3学时，其中理论教学3学时，实践或其他教学0学时5.1 光电阴极5.2 光电管与光电倍增管5.3 光电倍增管的主要特性参数5.4 光电倍增管的供电和信号输出电路5.5 微通道板光电倍增管5.6 光电倍增管的应用重点：光电管与光电倍增管的工作原理、特性参数难点：光电倍增管的供电和信号输出电路及应用教学要求：要求学生掌握光电管与光电倍增管的工作原理、特性参数及实际应用第六章真空成像器件3学时，其中理论教学3学时，实践或其他教学0学时6.1像管6.2常见像管6.3摄像管6.4光导靶和存储靶6.5摄像管的特性参数6.6摄像管的发展方向重点：像管与摄像管的工作原理难点：光导靶和存储靶的原理及摄像管的特性参数教学要求：要求学生掌握像管与摄像管的工作原理及特性参数第七章固体成像器6学时，其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时7.1 电荷耦合器件7.2 电荷耦合器件的分类7.3 CCD摄像机分类7.4 CCD的特性参数7.5 自扫描光电二极管阵列7.6 固体摄像器件的发展现状和应用重点：电荷耦合器件的工作原理；CCD的特性参数难点：自扫描光电二极管阵列教学要求：要求学生掌握CCD固体成像器件的工作原理第八章红外辐射与红外探测器6学时其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时8.1 红外辐射的基础知识8.2 红外探测器8.3 红外探测器的性能参数及使用中应注意的事项8.4 红外测温8.5 红外成像8.6 红外无损检测8.7 红外探测技术在军事上的应用重点：红外探测器的工作原理、性能参数及使用中应注意的事项难点：红外探测器的具体应用教学要求：要求学生掌握红外辐射的基础知识，并掌握红外探测器的各种具体应用第九章光导纤维与光纤传感器6学时其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时9.1 光导纤维基础知识9.2 光导纤维的应用9.3 光纤传感器的分类及构成9.4 功能型光纤传感器9.5 非功能型光纤传感器重点：光导纤维的基础知识及功能型光纤传感器的工作原理难点：非功能型光纤传感器的工作原理教学要求：要求学生掌握光导纤维的基础知识，并掌握光纤传感器的工作原理第十章太赫兹波的产生与检测3学时其中理论教学 3 学时，实践或其他教学0学时10.1 概述10.2 THz辐射光谱学10.3 THz辐射成像重点：THz辐射成像的原理难点：THz辐射成像的原理教学要求：要求学生掌握THz辐射成像的原理三、各章节教学课时分配表本课程各部分教学内容计划学时数分配如下：四、课程的考核办法和成绩评定：1、考试 2.笔试（闭卷）3.平时成绩比重：平时成绩（包括考勤、作业、答疑、课堂练习、课外实验、等）占30%4.期末成绩比重:卷面考试占70%。
最新《光电检测技术第二版》第五章--光电成像检测器件-1-3节(1)PPT课件
摄像管的分类
❖ 按光电变 内光电变换型(光电导型、PN结型) 换形式分 外光电变换型(光电发射型)
❖ 按是否带移像部分分
人眼对电视图像的分辨能力所确定 的扫描的水平行数至少应大于600行， 因此对于逐行扫描方式，扫描频率必须 大于29000HZ才能保证人眼对视觉图像 的最低要求。
逐行扫描：电子枪
以连续的方式扫描 显示器而形成的画 面，这种方式比隔 行扫描好的图像稳 定，电脑显示器基 本上都是此类。
隔行扫描：电子束在扫 描形成画面时，先扫描 奇数线条，再扫描偶数 线条，这种扫描方式画 面较闪烁，容易引起视 觉疲劳，电视机一般是 这种扫描方式。
§5.3 真空摄像管
一、光电成像器件的分类（成像原理）
➢摄像器件 使光学图像变成视频信号
（扫描型） 真空管摄像器件-光电பைடு நூலகம்、热电型
➢摄像器件
电荷传输型：CCD
固体摄像器件
金属氧化物半导体型：
MOS
使光学图像增强或改变光谱
（非扫描型） 变像管-红外、紫外、X射线
像增强管-串联式、级联式、微通道板式、
§5.1 概述
一、光电成像器件的发展
• 1934年，光电像管（Iconoscope），应用于室内外的 广播电视摄像。灵敏度非常低，需要10000lx的照度 ，达到图像信噪比的要求；
• 1947年，超正析像管（Image Orthicon），照度降低 到2000lx；
• 1954年，视像管，灵敏度＆分辨率高，成本低，体积 小，惯性大，不适用于高速运动图像测量，不能取代 超正析像管用于彩色广播电视摄像机；
光电检测技术(第二版) 答案 (与教材匹配) 曾光宇
光电检测技术（第二版）答案附注：本答案通过网络收集汇总而成，只提供第1章到第5章的绝大部分答案。
其他章节以简答题为主，大多在书本上能找到解释，因此不花时间整理。
谢谢网友们的资源分享。
祝大家学习顺利。
第1章1-1：答案一：①波长为632.8nm的激光的视见函数值Vλ=0.265光通量ϕν，辐射通量ϕe,最大能光视效能Km=683lm/W发光强度I v ,亮度L v,光出射度M v②答案二： ①该激光束的光通量328.0102240.0683)(3-⨯⨯⨯==e m v V K φλφLm （流明）发光强度 )1028.3(102.44/)101(328.05523⨯⨯=⨯=∆Ω=-πφvv I Cd(坎德拉) 光亮度： )102.4(1035.54/)101(102.41111235⨯⨯=⨯⨯=∆=-或πS I L v v Cd/m 2 光出射度： 523102.44/)101(328.0⨯=⨯=∆=-πφSM vv Lm/m 2②10米远处光斑面积大小：52321085.7)10110(414.3)(4--⨯=⨯⨯=∆=θπL S m 2 反射光功率为： 33'107.110285.0--⨯=⨯⨯==P P ρW 反射光通量： 279.0240.0683107.1)(3''=⨯⨯⨯==-λφV K P m v Lm漫反射屏可以看作是个朗伯体，其法向发光强度I 0与光通量的关系是πφ/0=I ，由于朗伯体的光亮度与方向无关，所以：35'01013.11085.714.3279.0⨯=⨯⨯===-S S I L v v πφ Cd/m 2 1-2:30*4π 2=30*4*3.14*1.5*1.5 = 848lm1-3：根据维恩位移定律：T λm =B,B=2.897*10−3m ·K 解得T=6535K1-5：白噪声：指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。
光电(第二版)复习题答案1_9章
第一章绪论1. 光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件。
光源器件分为相干光源和非相干光源。
相干光源主要包括激光和非线性光学器件等。
非相干光源包括照明光源、显示光源和信息处理用光源等。
光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等等)、光波导和光纤等。
光控制器件包括调制器、偏转器、光开关、光双稳器件、光路由器等。
光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器、各种传感器等。
光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。
2．谈谈你对光电子技术的理解。
光电子技术主要研究物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术，以光源激光化，传输波导（光纤）化，手段电子化，现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，是一门新兴的综合性交叉学科。
3．谈谈光电子技术各个发展时期的情况。
20世纪60年代，光电子技术领域最典型的成就是各种激光器的相继问世。
20世纪70年代，光电子技术领域的标志性成果是低损耗光纤的实现，半导体激光器的成熟特别是量子阱激光器的问世以及CCD的问世。
20世纪80年代，出现了大功率量子阱阵列激光器；半导体光学双稳态功能器件的得到了迅速发展；也出现了保偏光纤、光纤传感器，光纤放大器和光纤激光器。
20世纪90年代，掺铒光纤放大器(EDFA)问世，光电子技术在通信领域取得了极大成功，形成了光纤通信产业；。
另外，光电子技术在光存储方面也取得了很大进展，光盘已成为计算机存储数据的重要手段。
21世纪，我们正步入信息化社会，信息与信息交换量的爆炸性增长对信息的采集、传输、处理、存储与显示都提出了严峻的挑战，国家经济与社会的发展，国防实力的增强等都更加依赖于信息的广度、深度和速度。
⒋举出几个你所知道的光电子技术应用实例。
如：光纤通信，光盘存储，光电显示器、光纤传感器、光计算机等等。
光电检测技术与应用(第2版)郭培源学习
8
光电信息技术
9、光电人工智能和机器视觉 10、光（电）逻辑运算和光（电）计算机及光电数据存储 11、生物光子学
本课程着重在第5、6、7三个方面的一些基本知识，
电控制一体化。 向人们无法触及的领域发展。 光电跟踪与光电扫描测量技术。
23
光电检测技术的应用
一、在工业生产领域的应用
在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…. 现代工程装备中，检测环节的成本约占50~70%
24
检测技术在汽车中的应用日新月异
汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容 普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。
即：光电检测的元器件、系统、方法和应用。
9
光电检测技术
检测与测量 光电传感器：
– 基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种光电器件 – 将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出。
光电检测技术：是利用光电传感器实现各类检测。
它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合 利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量
非PN结 电子管类
其他类
实例
PN光电二极管（Si,Ge, GaAs) PIN光电二极管（Si） 雪崩光电二极管(Si, Ge) 光电晶体管(Si) 集成光电传感器和光电晶闸管(Si)
光电元件(CdS, CdSe, Se, PbS) 热电元件(PZT, LiTaO3, PbTiO3) 光电管，摄像管，光电倍增管
色敏传感器
固体图象传感器（SI，CCD/MOS/CPD型）
《光电检测技术第二版》第五章 光电成像检测器件-1-3节
两种类型各自的优点
光电导型的优点是体积小，调节使用方便。
光电发射型的优点是：可借助于电子加速 获得管内增益，从而使灵敏度大大提高， 超过光电导型。缺点是：光电阴极本身的 量子效率不及光电导体。
二、摄像管的基本组成和作用
摄像管必须具有:写入、存贮、阅读、抹去等过程。
结构主要由两大部分组成
光电变换与存贮部分 信号阅读部分
视频信号 的形成
等效电路
4.26
三、光电导摄象管(视像管）
视象管的基本结构包括两大部分： 光电导靶和电子枪。
光学图像的光电 转换和信号电荷 的积累、存储
光电靶由光窗、信号极和靶组成，靶面的 光敏层可进行光电转换。 电子枪部分包括灯丝、热阴极、控制栅极、 各加速电极和聚焦电极、靶网电极和管外 的聚焦线圈、偏转线圈、校正线圈等，它 的作用是产生热电子，并使它聚焦成很细 的电子射线，按着一定的轨迹扫描靶面。
§5.1 概述
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一、光电成像器件的发展
1934年，光电像管（Iconoscope），应用于室内外的 广播电视摄像。灵敏度非常低，需要10000lx的照度 ，达到图像信噪比的要求； 1947年，超正析像管（Image Orthicon），照度降低 到2000lx； 1954年，视像管，灵敏度＆分辨率高，成本低，体积 小，惯性大，不适用于高速运动图像测量，不能取代 超正析像管用于彩色广播电视摄像机；
扫完最后一行后再返回第 一行，这样一行接一行地 自上至下扫完一遍，称为 场扫描。场周期的倒数为 场频fv 。
像素
人眼对电视图像的要求
人眼对高于48HZ变化的图像的闪 动是不能分辨的。 人眼对电视图像的分辨能力所确定 的扫描的水平行数至少应大于600行， 因此对于逐行扫描方式，扫描频率必须 大于29000HZ才能保证人眼对视觉图像 的最低要求。
张永林第二版《光电子技术》课后习题答案
1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？ 波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？ 为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。
辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。
因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。
而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。
该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。
求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。
若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v vv v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6从黑体辐射曲线图可以看书，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长随温度T 的升高而减小。
光电检测技术习题答案
光电检测系统作业答案：第一章：1-2：使用一定的敏感器和传感器，对被测量感知，并转化为电信号，实现非电量的检测。
1-7：题目自拟。
第二章：2-2：光照PN结产生光生载流子，在PN结两端出现电动势，称为光生伏特效应。
在光生伏特效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，少数载流子的寿命通常很短，所以光生伏特效应的探测器比光电导探测机器有更快的响应速度。
2-4：光电效应是指光照射到物体表面上使物体发射电子、或电导率发生变化、或产生光电动势的现象。
光电效应实质上是入射光辐射与物质中束缚于晶格的电子或自由电子的相互作用所引起的。
光电效应对光频率(波长)具有选择性，在光子与电子的相互作用下，其响应速度比较快。
按照是否发射电子可将光电效应分为内光电效应和外光电效应，具体有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应等。
光热效应是指探测元件在吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的变化，而是把吸收的光能变为晶格的热运动，引起探测元件温度的上升，温度上升的结果又使探测元件与温度有关的电学性质或其他物理性质发生变化。
原则上，光热效应对光波频率(波长)没有选择性，因而物质温度的变化仅决定于光功率，而与入射光辐射的光谱成分无关。
因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。
光热效应包括热释电效应、温差电效应和辐射热计效应等。
第三章3-4：该题参数不够3-5：光电导器件响应时间受入射光的照度、所加电压和负载电阻大小等因素限制。
光伏器件的工作频率比光电导器件的工作频率高。
实际使用中主要通过电路设计来改善工作频率响应，如合理地设计负载电阻的大小。
3-13: 由于光照度增大到一定程度后，硅光电池的p-n 结产生的光生载流子数达到饱和，其开路电压也将受到势垒高度的限制，因此不会再随入射照度的增大而增大。
硅光电池的最大开路电压由表达式可得lnI S U U T oc Φ=，其中U T ≈0.26mV ，S 为光电灵敏度，Ø为光照度，通常U oc ≈0.45~0.6V 。
光电检测技术课后部分答案
第一章1.举例说明你知道的检测系统的工作原理激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
山于仿制困难，故用于辨伪很准确。
2.简述光电检测系统的组成和特点组成：（1）光学变换：时域变换-------调制振幅，频率，相位，脉宽空域变换-------光学扫描光学参量调制：光强，波长，相位，偏振形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。
（2）光电变换，变换电路，前置放大将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大和处理）（3）电路处理放大，滤波，调制，解调，A/D，D/A，微机与接口，控制。
第二章1.试归纳总结原子自发辐射，受激吸收，受激辐射三个过程的基本特征。
自发辐射：处于激发态的原子在激发态能级只能一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出光子。
受激辐射：在外来光的作用下，原子从激发态能级跃迁到低能级，并发射一个与外来光完全相同的光子。
受激吸收：处于低能级的原子，在外来光的作用下，吸收光子的能量向高能级跃迁。
2.场致发光（电致发光）有哪几种形式，各有什么特点结型电致发光（注入式发光）：在p-n结结构上面加上正向偏压(即p区接电源正极，n区接电源负极)时，引起电子由n区流入(在物理上称为“注入”)p区，空穴由p区流入n区，发生了电子和空穴复合而产生发光。
粉末电致发光：这是在电场作用下，晶体内部电子与空穴受激复合产生的发光现象。
两电极夹有发光材料薄膜电致发光：薄膜电致发光和粉末电致发光相似，也是在两电极间夹有发光材料，但材料是一层根薄的膜，它和电极直接接触，不混和介质。
3.为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光加正向偏压时，外加电压削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强，构成少数载流子的注入，产生电子和空穴的复合，从而释放能量，并产生电致发光现象。
4.发光二极管的外量子效率与射出的光子数，电子空穴对数，半导体材料的折射率有关。
光电测试技术
光电测试技术第二版（答案）第一章1.试述光电测试技术与信息技术的关系。
答：信息技术是指从工程应用上研究信息，包括电子信息技术、光学信息技术和光电信息技术等。
而光电测试技术是光电信息技术的主要技术之一，它主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。
2.光电测试系统由哪几部分组成？何谓光学变换与光电转换？答：光电测试系统的组成部分：光源、光学系统、被测对象、光学变换、光电转换、电信息处理，而电信息处理又包括存储，显示和控制等。
光学变换通常是用各种光学元件和光学系统来实现的，如平面镜、光狭缝、光楔、透镜、偏振器、光栅、光成像系统和光干涉系统等，实现将被测量转换为光参量（振幅﹑频率﹑相位﹑偏振态﹑传播方向变化等）。
光电转换是用各种光电变换器件来完成的，如光电检测器件﹑光电摄像器件﹑光电热敏器件等。
第二章1.试述光通量﹑发光强度﹑光亮度和光照度的定义和单位。
答：光通量（v φ）又称光功率，单位为流明（lm ）,它与电磁辐射的辐射通量e φ相对应，也可以说它是电磁辐射在可见光范围内的辐射通量，而e φ得单位是w ，所以光通量的单位有时也用w 。
发光强度（v I ）是指点辐射源在给定方向上的单位立体角内辐射的光通量。
单位为cd candela sr lm -1==⋅。
1坎德拉相当于均匀点光源在单位立体角内发出1lm 的光通量。
光亮度（v L ）是指光源在一定方向上的的单位投影面积上，在单位立体角中发射的光通量。
单位是-2m cd ⋅或者2m lm/sr ⋅。
光照度（v E ）是指投射到单位面积上的光通量，或者说接受光的面元上单位面积被辐射的光通量。
单位为X l ，-2m lm l ⋅=X 。
2.试述光照度余弦定律和朗伯定律的含义。
答：光照度余弦定律描述了光辐射在半球空间内照度的变化规律，是指任意表面上的照度随该表面法线与辐射能传播方向之间的夹角余弦变化。
点光源O 发出的光以立体角Ω向外辐射光通量，在面积A 上的照度为E ,而A 与夹角为θ面元'A 上照度为'E ,则A E V /φ=,''/A E V φ=，由于在该立体角内点光源发出的光通量不随传输距离而变化，因而面元A 与'A 上有相同的光通量，又因为θcos 'A A =，因而有θcos 'E E =。
光电检测技术第二版答案
光电检测技术第二版答案篇一：《光电检测技术-题库》(2) 】、填空题1. 对于光电器件而言，最重要的参数是、和。
2. 光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成。
3. 光电三极管的工作过程分为和。
4. 激光产生的基本条件是受激辐射、和。
5. 非平衡载流子的复合大致可以分为和。
6. 在共价键晶体中，从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填满相应的能带，能量最高的是填满的能带，称为价带。
价带以上的能带，其中最低的能带常称为，与之间的区域称为。
7. 本征半导体在绝对零度时，又不受光、电、磁等外界条件作用，此时导带中没有，价带中没有，所以不能。
8. 载流子的运动有两种型式，和。
9. 发光二极管发出光的颜色是由材料的决定的。
10. 光电检测电路一般情况下由、、组成。
11. 光电效应分为内光电效应和效应，其中内光电效应包括和，光敏电阻属于效应。
12. 半导体对光的吸收一般有、、、和这五种形式。
13. 光电器件作为光电开关、光电报警使用时，不考虑其线性，但要考虑。
14. 半导体对光的吸收可以分为五种，其中和可以产生光电效应。
15. 光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成，光电倍增管的光谱响应曲线主要取决于材料的性质。
16. 描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是和。
17. 检测器件和放大电路的主要连接类型有、和等。
18.. 使用莫尔条纹法进行位移- 数字量变换有两个优点，分别是和19. 电荷耦合器件( ccd )的基本功能是和。
20. 光电编码器可以按照其构造和数字脉冲的性质进行分类，按照信号性质可以分为和。
21. 交替变化的光信号，必须使所选器件的大于输入信号的频率才能测出输入信号的变化。
22. 随着光电技术的发展，可以实现前后级电路隔离的较为有效的器件是。
23. 硅光电池在偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。
24. 发光二极管的峰值波长是由决定的。
《光电检测技术》全【2024版】
3.4 金属卤化物灯——第三代光源
1、工作原理 ：
（1）放电管内金属卤化物蒸发，向电弧中心扩散 （2）电弧中心，金属卤化物分子分解为金属原子和卤原子 （3）金属原子处于高能级时产生辐射，并参与放电 （4）金属原子和卤素原子向浓度低的管壁区域扩散，并在 低温区重新复合为金属卤化物分子，依次循环
（2）光源色温：
a.色温：辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射 光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温
b.相关色温：光源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射 的色坐标点最接近，则该黑体的温度称为该光源的相关 色温。
能源与动力工程学院
3.2 热辐射光源
1、太阳光 ：直径约为1.392×109m的光球，到地球的
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3.1 光源的基本参数
3、光谱功率谱分布：光源输出功率与光谱的波长关系 常见的光谱功率分布有四种型式： 线状光谱：有若干条明显分隔的细线组成； 带状光谱：由分开的谱带组成,谱带又包含许多谱线； 连续光谱：谱线连成一体； 复合光谱：由以上三种光谱混合而成。
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3.1 光源的基本参数
4、空间光强分布： （1）许多光源的发光强度在各个方向是不同的。 （2）若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度 相同的点连线，就得到该光源在该截面的发光强度曲线 ，称为 配光曲线；
（3）HG500型发光二极 管的配光曲线。
（4）为提高光的利用率，一般选择发光强度高的方向 作为照明方向。
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Pi
单位：流明每瓦
0.38e ()d
Pi
Km
0.78
V ()d
0.38
0.78
可见辐射通量在输入功率中所占比例： V
《光电子技术》张永林-第二版课后习题答案
1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？ 波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？ 为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。
辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。
因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。
而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。
该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。
求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。
若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v v v v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd mdS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm mπ=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6从黑体辐射曲线图可以看书，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长随温度T 的升高而减小。
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3-6： 3-7：
PIN 管原理：在高掺杂 P 型和 N 型半导体之间生长一层具有一定厚度（近似于反偏压下 的耗尽层厚度）的本征半导体或低掺杂半导体材料（称为 I 层），使 PIN 管具有优于耗尽层 光敏二极管的高速响应特性。
特点：响应时间很短，在 S 左右；频带很宽，可达 10GHz；输出电流小，只有零点几 uA 至数 uA
2������������������ 2������∗20M
1-8:
第2章
2-1：
（1）辐射效率和发光效率
在给定波长范围内，某一光源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比，
称为光源在规定光谱范围内的辐射效率。
（2）光谱功率分布
不同光源在不同光谱上辐射出不同的光谱功率，常用光谱功率分布来描述。
（3）空间光强分布
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对于各向异性光源，其发光强度在空间各方向上是不相同的。若在空间某一截面上，自 原点向各径向取矢量，矢量的长度与该方向的发光强度成正比。将各矢量的端点连起来，就 得到光源在该截面上的发光强度曲线，即配光曲线。 （4）光源的色温
辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该 辐射源的色温。 （5）光源的颜色
1-5：
All right reserved:Charles
白噪声：指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。所有频率具有相同能量的随机噪 声称为白噪声。
1/f 噪声:这种噪声的功率谱与频率成反比变化，故称 1/f 噪声。 措施：降低温度，选择带通小的电阻。 1-6： 最小辐射功率：
1-7： 时间常数：Ʈ= 1 = 1 ≈8ns
电源电压稳定度： U 1 M 1 1% 0.083% U nk M 12 1
5-7：
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2-6： 结构：一般由工作物质、谐振腔和泵浦源 3 部分组成 激光的特点：单色性好、方向性强、亮度高、相干性好
第3章 3-1： 因为正向偏置时，正向电流远远大于光电流，因此光电效应不明显。 必须工作于反向偏置状态。
3-2
当负载电阻 RL 断开时，p 端对 n 端的电压称为开路电压，用 VOC 表示
VOC
②
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答案二： ① 该激光束的光通量
v KmV ()e 683 0.240 2 1030.328 Lm（流明）
发光强度
Iv
v
0.328 (1103 )2
/4
4.2 105 (3.28 105 ) Cd(坎德拉)
发光二极管的外量子效率与所用的半导体材料的折射率有关。
2-5： 半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁发光，
用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈， 产生光的辐射放大，输出激光。
特点：体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等。 对电源要求：半导体激光器本质上是一种大电流开关电路，电源除了能提供大的电流脉 冲外，还应给出足够大的脉冲电压幅度。
优点：便于跟后面的放大器相接，操作安全，后面不仅可以通过一个低压耦合电容与交 流放大器相接，也可以直接与直流放大器相接。
缺点：这时阴极要处于负高压，屏蔽罩不能跟阴极靠得很近，至少要间隔 1～2cm，因 此屏蔽效果差一些，暗电流和噪声都比阳极接地时大，而且整个倍增管装置的体积也要大些。 信号输出电路
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（4）易于和集成电路匹配，且驱动简单； （5）与普通光源相比，单色性好，其发光的半宽度一般为几十纳米； （6）小型，耐冲击。
2-4： n 型半导体中多数载流子是电子，p 型半导体中多数载流子是空穴。P-N 结未加电压时构
成一定势垒。加正向偏压时，内电场减弱，p 区空穴和 n 区电子向对方区域的扩散运动相对 加强，构成少数载流子的注入，从而 p-n 结附近产生导带电子和价带空穴的复合，复合中产 生的与材料性质有关的能量将以热能和光能的形式释放。以光能形式释放的能量就构成了发 光二极管的光辐射。
雪崩二极管原理：雪崩光电二极管是利用 PN 结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作
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的一种二极管。 特点：它通常工作在很高的反偏电压状态，自身有电流增益，具有响应度高，响应速度
快的特点。噪声大是这种管子目前的一个主要缺点。 原因：由于 I 层（高阻）的存在，使击穿电压不再受到基体材料的限制，从而可以选择
2-3： 场致发光的三种形态，即粉末，薄膜和结型。 交流粉末场致发光光源： （1）固体化，平板化，因而可靠，安全，占地小，易安装； （2）面积，形状几乎不受限制，因此可以通过光刻，透明导电膜和金属电极掩蔽镀膜的方 法，制成任意发光图形； （3）无红外辐射的冷光源，因而隐蔽性好，对周围环境没有影响； （4）视角大光线柔和，易于观察； （5）寿命长。可连续使用几千小时，而发光不会突然全部熄灭； （6）功耗低，约几毫瓦/〖厘米〗^2；（7）发光易于电控。 直流粉末场致发光光源： 光源亮度高，且亮度随电压上升而迅速上升；制造工艺简单，成本低，外部驱动方便。 薄膜场致发光光源： 厚度薄，没有介质，均匀细密，分辨率高，成像质量高，对比显示度好，驱动电压低，平板 化，可以制成各种形状，视角大。光线柔和，制备工工艺简单，造价便宜。 发光二极管： （1）属于低电压，小电流器件，在室温下即可得到足够的亮度； （2）发光响应速度快（〖10〗^(-7)~〖10〗^(-9) s）； （3）由于器件在正向偏置下使用，因此性能稳定，寿命长（一般在〖10〗^5 小时以上）；
光源的颜色包含了两个方面的含义，即色表和显色性。用眼睛直接观察光源时所看到的 颜色称为光源的色表。当用这种光源照射物体时，物体呈现的颜色与物体在完全辐射体照射 下所呈现的颜色的一致性，称为该光源的显色性。 （6）光源的色温
2-2： 自发辐射：原子开始处于高能态������2,，它自发地从高能态跃迁至低能态������1，并发出频率为 ƴ=(������2 − ������1)/h 的光子。 受激吸收：原子开始处于低能态，在 1 个频率为 ƴ=(������2 − ������1)/h 的入射光子激发下，原子吸 收了这个光子，跃迁至高能态。 受激辐射：原子开始处于高能态，在 1 个频率为 ƴ=(������2 − ������1)/h 的入射光子激发下，原子从 高能态跃迁至低能态，并发射 2 个完全相同的光子。
光亮度：
Lv
Iv S
4.2 105 (1103 )2
/4
5.35 1011(或4.2 1011) Cd/m2
光出射度：
Mv
v S
0.328 (1103 )2
/4
4.2 105 Lm/m2
②
10 米远处光斑面积大小：
S (L )2 3.14 (10 1103 )2 7.85 105 m2
第4章
4-2： 热噪声、产生——复合噪声、低频噪声
All right reserved:Charles
4-3： 4-4：
All right reserved:Charles
4-5：
All right reserved:Charles
5-1：
第5章
5-2： 光电倍增管的工作原理。 1）光子透过入射窗口入射在光电阴极 K 上。 2）光电阴极电子受光子激发，离开表面发射到真空中。 3）光电子通过电子加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极 D1 上，倍增极将发射出比入 射电子数目更多的二次电子，入射电子经 N 级倍增极倍增后光电子就放大 N 次方倍。 4）经过倍增后的二次电子由阳极 P 收集起来，形成阳极光电流，在负载 RL 上产生信号电压。
5-4： 热电子发射 欧姆漏电 高的工作电压
5-5： 因为探测器本身的热噪声会对测量造成极大的影响。
5-6： 正高压供电
优点：便于屏蔽，光、磁、电的屏蔽罩可以跟阴极靠得近些，屏蔽效果好；暗电流小， 噪声低。
缺点：阳极要处于正高压，会导致寄生电容大，匹配电缆连接复杂 ，特别是后面若接直 流放大器，整个放大器都处于高电压，不利于安全操作；如果后面 接交流放大器，则必须接 一个耐压很高的隔直电容器，而一般耐压很高的电容器体积大而且价格高。 负高压供电
4
4
反射光功率为： P' P 0.85 2 103 1.7 103 W
反射光通量： v' P' KmV () 1.7 103 683 0.240 0.279 Lm
漫反射屏可以看作是个朗伯体，其法向发光强度 I0 与光通量的关系是 I0 / ，由于朗伯
低电阻的基体材料，减少了串联电阻；使扩散区不会到达基体，从而减少了或者根本不存在 少的多， 从而使结电容下降到零点几 PF。
3-8：
4-1： 光谱响应范围宽 偏置电压低，工作电流大 动态范围宽 光电导灵敏度大，灵敏度高 光敏电阻无极性，使用方便
（1）负载电阻输出 用一只负载电阻将电流信号转化为电压信号，再连接到电压放大器或电压表上。负载电
阻不能过大，否则会使倍增管频率响应和线性变差。 （2）运放输出
输出电压： u0 R f iA
电源稳压：
根据公式： U 1 M U nk M
式中，U 为电源电压，M 为光电倍增管电流增益，n 为倍增极数，k 为与材料相关系数，取 0.7~1，这里取 k=1 计算：
光电检测技术（第二版） 答案
曾光宇 张志林 张存林 主编 清华大学出版社 北京交通大学出版社
附注：本答案通过网络收集汇总而成，只提供第 1 章到第 5 章的绝大部分答案。其他章节以 简答题为主，大多在书本上能找到解释，因此不花时间整理。谢谢 网友们的资源分享。祝大 家学习顺利。